西秦岭北缘构造带漳县地区夷平面和沟谷水系地貌特征分析

崔梦瑶，郭进京，沈 迪，于美娜，宫恩麟

（天津城建大学地质与测绘学院，天津 300384）

西秦岭北缘构造带是青藏高原东北缘主要构造边界带，地质历史上曾经是西秦岭微板块和北秦岭-中祁连地块之间的印支期碰撞缝合带，新生代以来印度-欧亚板块碰撞汇聚形成了巨大的高原构造系统，西秦岭北缘成为青藏高原东北缘的重要组成部分[1].现今西秦岭北缘构造带正处于青藏高原东北缘地形地貌、变形转换和地壳厚度弧形梯度带内，构造活动强烈，地貌类型多样，既有夷平面残留，又有多方向复杂的沟谷水网，还有特殊的岩石地层形成的特殊地貌现象，如丹霞地貌和岩溶地貌等[2].西秦岭北缘区域这些地貌特征是构造-岩性-气候耦合作用的最终结果，蕴含了大量关于青藏高原东北缘地壳隆升、断裂活动、地质组成及气候变化等信息[3]，因此，该区域构造地貌研究对于认识青藏高原东北缘隆升过程、构造活动等具有重要科学意义.本文基于30 M 分辨率DEM影像数据，通过高程、水系及空间变化信息提取，结合区域断裂构造和不同时代、不同岩性的地层空间分布特征等，进行了构造地貌类型划分，探讨了地貌形成的隆升-构造-岩性-气候的耦合作用.

1 区域地质背景

青藏高原东北缘在地质界没有明确的范围限定，一般是指东昆仑断裂以北、阿尔金断裂以东、祁连山前逆冲断裂以南、六盘山断裂-徽成盆地西边界以西的广大区域.西秦岭北缘构造带位于青藏高原东北缘的东南隅，以西秦岭北缘中生代-新生代断层系和印支期商丹缝合带为中线，涵盖大型陇西盆地东南部和宕昌-岷县断层系以北西秦岭北部区域（见图1）.该区域地质结构复杂、构造变形复杂，特别是新构造活动和地震活动强烈，形成了青藏高原东北缘地质、地貌、环境等转换过渡的关键地质区域.该区域海拔高程东南高、西北低，构成向北东呈弧形突出的地貌梯度带（见图1）. 西秦岭北缘构造带漳县段地貌类型多样、沟谷水系空间图像独特，特别是第四纪残留夷平面的存在为揭示青藏高原东北缘隆升过程提供了良好地质标志.

图1 西秦岭北缘构造带区域数字高程图

2 研究方法

为了查明研究区的地貌特征，本文利用30 M 精度的DEM 数据，制作了DEM 高程分布图和山体阴影图，以此为基础，对夷平面信息和不同级别的河流沟谷方位信息进行了提取，结合漳县气候情况以及年度降雨量，确定汇水量阈值为1 000 m（阈值即为依据洼地深度范围和研究区自然地理状况设置的临界值. 当不设置阈值时，默认将所有洼地填平，造成数据误差大），生成沟谷网络，再对沟谷网络进行矢量化，对照全国河网的矢量数据，将漳河以及生成的错误平行河流网络进行人为编辑剔除，剩下的就是研究区内的沟谷线，最后对沟谷线方向和河流方向进行统计分析.结合区域地层分布和构造破裂（断层和构造节理）资料，对主要地貌类型特征及其控制因素进行分析.

3 西秦岭北缘构造带漳县段夷平面和沟谷水系地貌特征

西秦岭北缘构造带漳县地区发育多条北西西向区域性断层，将其称之为北缘断层系（见图2）.主要分布的造山带地层包括泥盆系和石炭系砂岩、石英岩、粉砂岩、泥质粉砂岩和二叠系灰岩，新生代地层主要包括渐新世-中新世红灰相间的多旋回沉积岩系，主要为砾岩、砂岩、泥岩、泥灰岩、灰岩等，含大量蒸发岩（石膏和岩盐等）和上新世韩家沟粗砾岩[4].该区域沟谷水系极为发育，其中漳河还发育着六级河流阶地，南部还保存了很好的残留夷平面，上新统岩性单调的巨厚层砾岩在地壳抬升和水流侵蚀作用下形成独特丹霞地貌，其中夷平面和纵横交错的多级沟谷系统是其主要特征.

图2 西秦岭北缘漳县地区山体阴影-水系-区域断层格架图

3.1 夷平面特征及空间变化

在地貌学中，夷平面是指地壳侵蚀夷平形成的准平原或者山麓面剥蚀平原在后期地壳抬升、河流切割后残留的、不连续的、相对平坦的山顶面.夷平面形成是地壳长期相对稳定状态下地表面削高填平形成的终极层状地貌面，具有低海拔、起伏小、平坦而广阔的特征.夷平面的抬升、侵蚀、解体则反映地壳隆升，对青藏高原而言，不同时期的夷平面是地壳隆升、侵蚀起点，有人称之为高原隆升的起跑线[5-6].西秦岭北缘漳县地区南部保存有较好的夷平面（见图2），夷平面表现低起伏的较平坦的地貌面，海拔高度在2 700~2 800 m，高海拔形成特有高原草甸.漳河南岸分水岭上保存的夷平面海拔为2 600~2 700 m，夷平面上白垩纪砾岩层平缓，出露的二叠系灰岩还发育岩溶现象.漳河北岸分水岭出露上新统韩家沟砾岩，分水岭南北宽度虽然较小，但也较平坦，为农民重要的农田.

夷平面时代一般根据其侵蚀残留的最新地层确定.西秦岭北缘漳县地区保存的夷平面残留的最新地层在不同部位不同，如漳河南岸山顶夷平面上有晚白垩世的灰白色砾岩、砂砾岩和砂岩，说明其形成在白垩纪之后.但漳河北岸残留的山顶夷平面却是上新世韩家沟砾[7]，因此该地区夷平面最终形成于上新世之后，即第四纪初.这说明第四纪之前西秦岭北缘在第四纪之前还处于侵蚀夷平阶段.第四纪以来，夷平面的解体和沟谷水系发育才标志着西秦岭北缘地壳隆升.这为青藏高原东北缘隆升提供了地貌学的重要证据.

3.2 沟谷水系特征

西秦岭北缘构造带漳县地区沟谷水系发育.由于地壳快速隆升和流水下切侵蚀形成了不同级别、不同方位的沟谷水系，这些水系分水岭与夷平面吻合（见图2）.水系流域地貌参数分析以流域网络的提取为基础，借助于GIS 软件，在嵌入式水文分析模块中利用洼地填充、水流方向、汇流量计算、河网栅格以及河网矢量化和河网分级可以实现对研究区水系网络的自动快速提取[8-12].综合前人地质图和全年降水量的考虑，将汇水阈值定为1 000 m，提取河流沟谷网络，并对漳县河流沟谷系统进行分级（见图2），可以明显看出主要河流漳河同断层F2 方向平行，说明漳河的发育受断层的控制.剔除漳河河流之后，对其他子流域及沟谷方向进行线要素方向统计，得到每条线段的方位角之后，对其进行统计分析，可以明显看到沟谷线主要方向为北东、北西、南北向（见图3）.通过对野外实地考察，在前人资料基础上，通过对研究区主要地层中新统—渐新统地层的构造节理，进行统计绘制玫瑰花图[13]（见图4），发现该地区节理走向主要有东西向、近南北向、北东向和北西向，且地貌特征与其中发育的小型断层或构造节理面产状相吻合，同时，这与DEM 中提取的沟谷方向相吻合.这指示了西秦岭地区河流沟谷系统空间组合主要受不同级别的断裂构造所控制[14-15].

图3 西秦岭北缘漳县地区沟谷水系玫瑰花图

图4 西秦岭北缘漳县地区构造节理走向玫瑰花图

4 结 论

通过对青藏高原东北缘西秦岭北缘构造带地貌特征研究，结合其与区域地层分布和断裂构造体系关系分析，可以得出如下结论：

（1）通过对西秦岭北缘漳县地区夷平面的观测分析，认为该夷平面形成于上新世后，也就是第四纪初.夷平面的解体和沟谷水系、多级河流阶地发育才标志着西秦岭北缘的地壳隆升.这为青藏高原东北缘隆升提供了重要的科学依据.

（2）通过对西秦岭北缘漳县地区四级沟谷水系信息提取和矢量化分析，发现了近东西、北西、近南北和北东四个沟谷水系优势方向，这与研究区内构造统计节理的四个优势方向基本吻合.一级水系漳河走向与区域近东西向断层走向展布相吻合，漳县东漳河转为北西向也与北向断层有关.这说明西秦岭北缘漳县地区沟谷水系方向主要受断层和构造节理控制.